Как влияет вязкость масла на работу двигателя?

Потеря вязкости масла в двигателе

Даже если вы используйте самое современное моторное масло, его свойства в процессе эксплуатации автомобиля меняются.

Как известно, все масла содержат функциональные добавки, призванные улучшать и поддерживать определённые свойства (в России их принято называть присадками). При работе в двигателе эти добавки разрушаются под действием термических и механических нагрузок. Изменения претерпевают и сами молекулы масла. Когда все эти изменения доходят до определенного предела, необходимо производить замену моторного масла.

Одной из ключевых характеристик, позволяющей установить срок смены масла, является изменение вязкости, от которой в огромной степени зависит способность масла осуществлять свои функции. Изменение вязкости всего на 5% уже воспринимается специалистами как сигнал, а изменение на 10% – как критический уровень.

Важно понимать, что изменение вязкости не происходит скачкообразно. Это постепенный процесс, протекающий в течение всего срока эксплуатации автомобиля между сменами масла. Основные причины, приводящие к изменению вязкости, представлены в таблице.

Распространенные причины изменения вязкости моторных масел

Изменения, связанные с загрязнением масла, нужно устранять либо путем диагностики и ремонта на станциях технического обслуживания, либо изменением стиля езды.

Наиболее интересны изменения, происходящие на молекулярном уровне. Интересны тем, что их полностью не избежать, поскольку они носят фундаментальный, естественный характер. Но эти изменения можно сдерживать.

Причины, приводящие к повышению вязкости, будут рассмотрены в отдельной статье, посвященной противоизносным свойствам масел. Здесь же остановимся на обратном процессе. Приведем наиболее вероятные следствия снижения вязкости моторного масла:

Снижение толщины пленки масла на поверхностях трущихся деталей и, как следствие, избыточный износ, повышенная чувствительность к механическим примесям, разрыв масляной пленки при высоких нагрузках и при запусках двигателя.

Повышение силы трения в элементах двигателя, работающих в смешанном и граничном режимах трения (поршневые кольца, газораспределительный механизм) приведет к избыточному потреблению топлива и выделению тепла.

Известно, что стандартом SAE J300 одобрено четыре метода определения вязкости моторного масла. Поскольку следствия снижения вязкости в основном проявляются в работающем двигателе, наиболее подходящим методом будет определение вязкости HTHS.

Этот параметр, который расшифровывается как высокотемпературная вязкость при высокой скорости сдвига (High-Temperature High-Shear rate viscosity) обычно определяют в условиях, максимально приближенных к условиям работы масла в паре трения поршневое кольцо – стенка цилиндра. К слову сказать, аналогичные условия существуют и на поверхности кулачков распределительного вала, и в подшипниках коленчатого вала при высоких нагрузках на двигатель. Температура при определении вязкости HTHS составляет + 150 °С, а скорость сдвига – 1.6*10 6 1/с. Чтобы было легче представлять последнюю величину, приведем несколько фантастических бытовых примеров, в которых скорость сдвига имеет близкое значение: покраска забора валиком со скоростью 160 км/с, выдавливание воды из 10-мл шприца с иглой за 1/10 секунды, намазывание масла на 200000 кусков хлеба одним человеком за 1 минуту.

Итак, именно вязкость HTHS наиболее тесно связана как с защитными свойствами масла, так и расходом топлива работающего двигателя. Последнее утверждение подтверждается исследованиями (рис1).

Рисунок 1.
Связь расхода топлива со свойствами моторного масла
(P.I. Lacey, SAE Technical Paper 2001-01-1904)

В лаборатории ВМПАВТО на реометре Anton Paar MCR 102 измерение вязкости HTHS может быть определено в более «мягких» условиях, чем предусмотрено в стандартах: пока удается достичь скорости сдвига 10 5 1/с при +150 °С. Однако и с таким приближением можно получить интересные результаты.

На рис.2 представлены результаты определения HTHS вязкости полностью синтетического масла Shell Helix ULTRA AV-L 5W-30, использовавшегося в автомобиле VW GOLF 1.6 2006 г. вып. Новое масло имело HTHS вязкость 3.62 мПа*с. Но уже после 8000 км пробега HTHS вязкость упала на 0.16 мПа*с (-4.4%), то есть уже подошла к «сигнальным» 5% для специалистов уровню. Это означает, что все негативные последствия, описанные выше, могут начать проявляться в самое ближайшее время.

В начале 2013 г научно-технический отдел ВМПАВТО приступил к разработке многофункциональной добавки нового поколения к моторным маслам. Ее название – “P14”. Весной 2014 г начались натурные испытания на автомобилях различного класса.

Как видно из рис. 2 добавление “P14” практически не повлияло на HTHS вязкость нового моторного масла (-1.4%). В то же время, добавление “P14” к маслу после 8000 км пробега позволило не только восстановить значение HTHS вязкости до начального, но и несколько повысить его (+3.0%), придав моторному маслу новый «вязкостный потенциал» для дальнейшей беспроблемной работы. Измерение HTHS вязкости через 7500 км после применения “P14” (+5.5%) показывает, что даже перед очередной сменой моторного масла, его защитные характеристики остаются на высоком уровне: не произошло ни критического падения, ни роста этого важнейшего параметра.

Рисунок 2.
HTHS вязкость моторного масла при + 150 °С и скорости сдвига 10 5 1/с.
Каждое значение – среднее из 100 измерений.

Что такое вязкость моторного масла: на что влияет

Моторное масло является важным элементом, который активно используется в двигателе внутреннего сгорания. Как известно, смазывающий материал выполняет защитную функцию, отводит избытки тепла, удаляет загрязнения и продукты износа и т.д. При этом современный рынок предлагает большое количество моторных масел, которые имеют различные маркировки и обозначения (например, SAE 5W40, 10W40 и т.д.)

При этом важно заливать в двигатель такую смазку, которая соответствует рекомендациям и допускам самого производителя силового агрегата. Если отдельно рассматривать любое моторное масло, SAE является важнейшим показателем, так как определяет вязкость масла для двигателя. Далее мы рассмотрим, что такое вязкость масла, на что она влияет, почему важно подбирать подходящее масло по вязкости, а также где отображена точная вязкость масла, таблица вязкости и т.д.

Вязкость моторных масел

Сразу отметим, что именно вязкость масел напрямую влияет на работоспособность ДВС, его ресурс, отдачу и т.д. Также от вязкости будет зависеть возможность эксплуатации двигателя в различных условиях. По этой причине, подбирая в двигатель масло, вязкость является основным определяющим фактором.

Если иначе, вязкость представляет собой основной показатель качества, который является общим для всех моторных масел, смазок для КПП и т.д. Фактически, такой показатель определяет густоту масла, которая может сильно меняться в зависимости от температуры. При этом предельно важно, чтобы масло имело способность надежно защищать детали в максимально широком температурном диапазоне.

• Идем далее. Необходимо знать, что вязкость масел моторных определяется по системе классификации SAE. Маркировка масла в обязательном порядке содержит такое обозначение. Если коротко, еще в начале XX века была основано «Сообщество автомобильных инженеров» (англ. Society of Automotive Engineers или сокращенно SAE). Данная организация создала первую систему, которая позволила классифицировать масла по вязкости.

Так вот, сегодня выбор моторного масла, масла для трансмиссии и т.д. напрямую зависит от его класса вязкости и класса эксплуатации. Что касается масел для двигателя, класс вязкости определяют требования стандарта SAE J300.

С учетом того, что двигатели постоянно совершенствуются, увеличивается их КПД, двигателестроение в целом претерпевает существенные изменения, на смазочные материалы ложатся все большие нагрузки. По этой причине требования к ним также ужесточаются.

Чтобы было легче подобрать подходящую смазку для бензинового или дизельного двигателя с учетом требований производителя и условий эксплуатаций, дополнительно появились отдельные системы классификации, которые делят моторные масла по категориям. Самое широкое распространение получили классификации API, ILSAC, а также ACEA.

• При этом спецификация SAE на сегодняшний день остается основной системой классификации моторных масел. Такая классификация предполагает деление на классы по вязкости, благодаря чему была сформирована таблица вязкости масла.

Указанная таблица масел включает в себя маловязкие зимние масла, летние масла, а также всесезонные. Зимние масла с литерой W (от англ. winter, зима), отличаются сниженной вязкостью и подходят для эксплуатации при низких температурах (SAE 0W, 5W и т.д.). Использование таких продуктов позволяет с легкостью запускать двигатель в морозы, смазка остается текучей на сильном холоде и т.д.

Результат — холодный запуск облегчается, масло покачивается по системе смазки, детали хорошо защищены. Однако, после выхода на рабочие температуры (полный прогрев мотора), маловязкие масла проигрывают более вязким по прочности и толщине масляной пленки на деталях.

При этом слишком вязкое масло при отрицательных температурах становится слишком густым, завести холодный двигатель зимой сложно. Еще сразу после запуска детали сильно изнашиваются, так как вязкая смазка не прокачивается по системе, может возникнуть масляное голодание.

• С учетом всех преимуществ и недостатков данных групп смазочных материалов, были созданы так называемые всесезонные масла, которые подходят для круглогодичного использования. Более того, сегодня также представлены универсальные масла, которые можно лить как в бензиновый, так и дизельный двигатель. Такие масла обозначены комбинацией обозначений зимнего и летнего ряда (например, 5W-30, 5W40, 10W40 и т.д.).

Основная задача всесезонного масла сводится к тому, чтобы значения низкотемпературных показателей динамической вязкости, а также рабочих показателей кинематической вязкости при нагреве до 100 градусов Цельсия укладывались в определенные рамки, соответствующие отдельно зимним и отдельно летним маслам.

Если иначе, отдельно учитывается динамическая вязкость, кинематическая вязкость, скорость сдвига, проворачиваемость, прокачиваемость масла и целый ряд других показателей и характеристик. При этом таблица вязкости масел позволяет быстро подобрать оптимальный продукт с учетом конкретных условий, целей и задач.

Как вязкость масла влияет на его срок службы

Отметим, что кроме прямой зависимости вязкости от температур, от данного показателя еще зависит ресурс смазки. В свою очередь, это влияет на периодичность замены.

Если коротко, нужную вязкость маслу способны обеспечить так называемые вязкостные присадки в его составе, которые вводятся в масляную основу. Так вот, эти присадки — синтетические цепочки, которые с двух сторон имеют разное поверхностное натяжения.

Снижение температуры приводит к тому, что цепочка стягивается в клубок, что позволяет маслу оставаться текучим на холоде. При нагреве клубок вязкостных присадок разворачивается в цепочку, позволяя получить более высокую вязкость нагретой смазки для защиты деталей силового агрегата.

В свою очередь, чем длиннее такая цепочка, тем меньшее количество раз она способна свернуться и развернуться. Получается, со временем цепочка разрушается, вязкость масла меняется и смазку нужно заменить. От этого и будет зависеть интервал замены масла. Для примера давайте сравним масла 5W30 и 5W50.

Качественное масло 5W30 вполне может выходить 10 тыс. км., так как диапазон не такой широкий и цепочки вязкостных присадок не такие длинные. Что касается масла 5W50, его нужно менять каждые 5 тыс. км, так как диапазон сильно расширен. Как видно, чем больше диапазон между зимним и летним показателем вязкости, тем меньше срок службы такого масла от замены до замены.

Полезные советы

Разобравшись с тем, что такое вязкость масла и как она определяется по SAE, следует также рассмотреть некоторые нюансы и особенности при подборе смазочного материала. Прежде всего, если раньше по вязкости можно было определить, какую основу имеет масло (минеральное, полусинтетическое или синтетическое), сегодня ситуация изменилась.

Если несколько лет назад 15W40 было минеральным маслом, 10W40 полусинтетикой, а 5W40 только синтетическим, в данный момент 15W40 вполне может быть полусинтетикой, а 10W40 синтетическим маслом.

Если рассматривать сами цифры вязкости масла, вязкость по SAE предполагает, что первая цифра это зимний параметр и указывает на минимальную температуру безопасного холодного пуска ДВС. Другими словами, чем меньшей будет первая цифра, тем ниже допускается температура, когда такое масло можно использовать. Например, масла 0W будут оставаться намного более жидкими на холоде, чем 10W.

Если просто, например, масло 5W30 никак не означает, что его можно использовать только при температурах окружающей среды от -5 до +30. Данные цифры к температуре окружающей среды не имеют отношения и являются условными. Чтобы точно понять, в каком температурном диапазоне способна работать та или иная смазка, нужно отдельно изучать таблицу масел по SAE.

Если остановиться на подборе масла по вязкости, важно отдельно изучить информацию в мануале к автомобилю. Необходимо понимать, что в конкретном двигателе можно использовать только масла определенной вязкости. Как правило, производитель допускает сразу несколько вариантов с поправкой на разные условия эксплуатации. Например, в мануале может быть указано, что в двигатель рекомендуется заливать как 5W30, так и 10W40 и т.д.

При этом мнение о том, что чем больше пробег, тем гуще масло в двигатель нужно заливать, часто является не совсем верным. Если производитель по мануалу допускает увеличение вязкости и указывает доступные варианты, тогда вполне можно к 100-150 тыс. пробега перейти, например, с 5W30 на 5W40 или на 10W40 после 200 тыс. км.

Если залить масло гуще, чем рекомендуется производителем авто, маслонасос может не прокачать более вязкое масло в нужном объеме (особенно после холодного пуска), мотор начнет работать в условиях масляного голодания и т.д. Само собой, будет ускорен износ деталей и произойдет заметное сокращение моторесурса.

Единственным случаем, когда можно намеренно использовать не рекомендованное густое масло, принято считать сильный износ мотора, который и так уже идет на «капиталку». Такое решение иногда позволяет немного отсрочить сам ремонт и сократить расход масла на долив.

Однако переход на более вязкие масла можно осуществить только после консультации с опытным мотористом, так как всегда есть риск еще сильнее повредить ДВС, что также повысит последующие затраты на ремонт. Если же двигатель исправен, тогда следует лить только такое масло по вязкости, которое рекомендовано самим производителем автомобиля.

Что в итоге

Как видно, вязкость масла является важным параметром, который влияет не только на двигатель, КПД, ресурс и работоспособность, но и на сам срок службы масла в двигателе, интервалы его замен и т.д. По этой причине при выборе следует отдельно учитывать все тонкости и нюансы, рассмотренные выше.

Вязкость масла и его влияние на двигатель автомобиля

Содержание статьи

• Вязкость масла и его влияние на двигатель автомобиля
• Как определить вязкость масла
• Как поднять давление масла в двигателе

Общие сведения

Все современные масла являются композицией базового масла и присадок. Для создания базового масла используют фракции, получаемые при нефтепереработке, искусственные органические вещества и их смеси. Таким образом, технологически различают 3 вида масел – минеральные, синтетические и полусинтетические. Вязкость – один из главных физико-химических параметров масла, по степени вязкости судят о силе сопротивления течению жидкости.

Автомобильные масла

В зависимости от вязкости и того, как она меняется при изменении температуры, масла подразделяются на летние, зимние и всесезонные. Наименьшей вязкостью обладают зимние масла. Тем самым обеспечивается запуск двигателя при низких наружных температурах. Однако при повышении наружных температур низкая вязкость зимнего масла исключает образование масляной пленки на трущихся поверхностях, что может привести к заклиниванию двигателя.

Высокая вязкость летних масел обеспечивает эффективную смазку поверхностей в летний период, но зимой чрезмерно высокая вязкость летнего масла также может вызвать проблемы с пуском двигателя. Густое застывшее масло может не достичь целевых узлов, что приведет к сухому трению. В этой связи на сегодняшний день наиболее распространены всесезонные масла, нужным образом изменяющие вязкость в зависимости от температуры. То есть в летний сезон такое масло более вязкое, а в зимний – более текучее. Практически такое масло намного удобнее, так как не требует сезонной замены и снижает риски повреждения моторной части до минимума.

Влияние на двигатель автомобиля

Одной из важных характеристик современных масел является индекс HTHS (высокая температура – высокая прочность на сдвиг). На сегодня определены нормативные требования к динамической вязкости (усилию на сдвиг) масла при температуре +150оС. Это связано с задачей формирования защитной пленки на трущихся поверхностях. Причем эта задача имеет приоритет перед проблемой прокачки масла в зоны трения. То есть, чем выше нагрузка на узел, тем выше температура и тем более вязким должно быть масло. Такой подход позволяет не допускать разрушения смазочной пленки и увеличить срок службы деталей.

Производителями разработана система международной классификации моторных масел по вязкости с учетом температурного режима. Рекомендуется пользоваться этой классификацией при подборе масла по вязкости. Если вы пользуетесь дополнительными присадками, то необходимо учитывать тот факт, что они меняют вязкость моторного масла.